橋梁加固中碳纖維材料的應用分析

董艷

（上饒市鉛山公路事業發展中心，江西 上饒 334500）

0 引言

橋梁是交通系統的重要組成部分，在運營一段周期以后，往往會受到環境、車輛荷載因素的影響而出現承載性能下降、結構強度不足等問題，給橋梁的安全和穩定造成很大的影響，因此需要對橋梁進行加固處理，提升其整體性。

碳纖維材料作為一種全新的加固材料，將其應用到橋梁加固工程中已取得效果顯著，因此分析應用碳纖維材料的橋梁，明確相關技術指標對提升橋梁加固效果具有重要意義。

1 碳纖維材料的特性和應用優勢研究

1.1 特性分析

碳纖維材料主要是高強纖維與環氧樹脂材料經過相應工藝加工后形成的一種加固材料。此類材料的力學性能非常突出，其抗拉強度能夠達到3000MPa以上，彈性模量可以達到2.1×10MPa，有些碳纖維材料的上述性能甚至更高。相較于其他加固材料碳纖維材料的優勢更加明顯，在極端的施工環境下也能有效發揮自身的加固作用。碳纖維材料進行橋梁加固施工時，主要是把碳纖維材料粘貼到橋梁需要加固的位置上，通過碳纖維材料功能提升橋梁的承載性能，使其達到交通運行標準。盡管碳纖維材料在橋梁加固中有一定的效用，但該材料也存在一定的局限性，如延性差、剪切強度較差等。在外部因素的作用下，碳纖維材料很容易出現軟化等問題，會影響橋梁結構的穩定性。為此，相關人員需要對碳纖維加固技術的適用范圍有全面的掌握，從而保證碳纖維材料的效果能夠發揮出來。

1.2 應用優勢

橋梁加固施工過程中應用碳纖維材料可以提升加固效果，一般看來，碳纖維材料的優勢有以下幾點：

其一，碳纖維材料的強度高、穩定性高。在橋梁加固施工中，尤其對于一些長期運行導致承載性能不佳的橋梁，利用碳纖維進行加固能夠提高橋梁結構的整體性能，使之滿足道路交通運行要求。在橋梁加固施工中，碳纖維材料能夠發揮自身高強度、高彈性模量的優勢，可實現對橋梁結構的優化與改善加固，提升橋梁的承載性能，降低交通事故發生率。

其二，施工方便、快捷且成本較低。碳纖維的密度小、自重小，因此在橋梁加固施工過程中可直接操作，不需要配合大型設備進行施工，能夠有效節約設備費用。此外，碳纖維加固施工現場不需要設置用于加固、支撐的設施，施工過程中占地空間較小，基本上不會影響橋梁的正常運行。

此外，在加固施工中通過剪刀、刀片等即可完成對材料的剪切操作，比較簡單、快捷。

其三，碳纖維材料的耐腐蝕強、耐久性好。經大量實踐驗證，利用碳纖維材料完成橋梁加固、修補施工，可以大幅度提升橋梁的耐腐蝕、耐久性，能夠減少橋梁后期的養護次數，降低橋梁的維修成本，延長橋梁的使用年限。

其四，碳纖維材料的使用范圍比較廣。在碳纖維材料能夠應用到不同類型的橋梁結構，如大型橋梁、混凝土橋梁等，同時不會受到加固形狀的限制。在橋梁的任何結構部位都可以使用碳纖維材料加固施工，且維修加固施工效果良好。

其五，質量可控。當前在加固工程中主要的材料類型包含了碳纖維板、碳纖維布等，有些橋梁也可以應用碳纖維束等材料。雖然對加固質量的要求是不同的，但是從整體層面分析，采用碳纖維加固材料均能滿足施工要求。

2 碳纖維材料應用要點

在使用碳纖維材料進行橋梁加固時，應對材料進行合理的布設以更好地發揮其強度、剛度等性能。在碳纖維應用的過程中，由于拉伸的方向不同，所以取得的施工效果也會存在差異性。倘若材料的方向與受力條件處于相同的條件，那么材料的拉伸強度會增加；若材料的方向以及結構的受力條件不一致，材料的性能則會降低。目前主要包含下述三種：外貼加固、預應力加固、內部加筋技術等。

2.1 混凝土構件的表面處理

首先，在對橋梁的梁體結構進行加固施工之前，應先將混凝土結構部件表面的荷載全部或者部分卸除。經過卸載之后的梁體結構，需要待其處于穩定狀態以后才能進行施工。

其次，在加固作業的環節需要及時將混凝土表面的構件清理干凈，特別是表面存在損壞的部位，避免內部存在雜質、油污等影響加固施工的效果。對于表面裸露出來的鋼筋材料，應及時進行除銹處理，避免降低橋梁加固施工的效果。同時，對于沒有生銹的結構部件也需要進行除銹處理。在加固工作開始之前，將現場進行剔鑿處理的結構應用細石混凝土填充修復處理，整體表面滿足平整度需要。若縫隙寬度在0.2mm 的可以直接采用環氧樹脂對其處理；若寬度超過了0.2mm 的直接采用樹脂進行灌縫施工，修復病害結構部分。

2.2 底層處理

在底層處理時應按照如下工作標準開展進行：

第一，確定混凝土基面劣化層。通過使用鋼絲輪角磨機進行該部位的處理，將內部存在的勾縫砂漿鑿除干凈，并通過吹風機進行表面的清理，直到裸露出完整、清潔的基面，才可開展后續的工作。

第二，局部位置存在銹蝕、脹裂、松散等問題的情況，應將該部位清理干凈，并在損壞的部位涂抹一定的環氧膠，再應用輕質修補砂漿找平處理。在處理工作結束后，保證新舊混凝土結構的質量應滿足要求，同時控制形成的保護層厚度至少應達到15mm 以上。

第三，在進行剔鑿、除銹等措施處理后，表面容易出現凹陷或者損壞的部件，此時應及時修補處理，并應用輕質修補砂漿或者碳纖維材料進行處理。

第四，對于有部分存在基面尖銳凸起的部位，通過角磨機將其進行打磨處理，也可以應用混凝土磨片角磨機進行倒角處理，直到表面部位達到圓滑狀態為止。

第五，經過上述的打磨處理工作結束后，對現場的粉塵、松散浮渣等全部進行清理，使其達到干燥、潔凈的標準要求。底層處理結束后及時組織質檢人員進行現場檢查，對于不合格的地方應立即采取措施處理。

2.3 涂抹底層涂料

在基層涂刷施工的過程中，先是將相關的材料倒入容器均勻攪拌，再采用專門的刷子進行均勻涂刷，操作時需要控制涂刷的范圍、涂刷量以及涂刷時間，若超過既定的施工時間，材料性能就會下降，加固效果也就會降低。此外，在底層涂料制備的環節不能加入任何其他類型的溶劑材料，否則將會給橋梁加固施工帶來不利的影響。在底層涂料的制作結束后，應使用滾刷均勻地加固到結構表面，涂抹施工效果符合要求，且要落實涂抹厚度的控制，符合結構性能的要求?；鶎油克⒐ば蛲戤呉院?，等待其固化后查看是否存在起鼓等問題，若出現起鼓問題需要應用砂紙打磨、拋光處理。涂料涂抹施工對環境的要求較高，一旦環境溫度在5C 以下或者降雨天氣都不能開展施工，否則將會給結構質量造成較大的影響。

2.4 粘貼碳纖維材料

在橋梁加固施工中，粘貼碳纖維材料應做好如下幾點工作：

第一，材料的運輸、儲運需要做好相關的控制，避免出現材料損壞問題，同時不能出現任何破損的問題，否則將會對加固施工效果帶來較大的影響。在碳纖維材料運輸到現場后，施工作業人員應用專業工具進行裁切處理，剪切時需要保證每一段長度都符合施工要求。

第二，在剪裁碳纖維材料時，需要明確材料的尺寸，同時及時將樹脂材料涂刷到粘貼區域，保證相應的搭接位置尺寸達到施工要求。

第三，在粘貼之前，需要做好施工區域的清潔工作，不能存在灰塵、沙子等雜物。檢查過程中一旦發現材料不足要及時補充。粘貼7 天以后，待粘貼效果達到后方可進行打磨處理。

第四，加強樹脂的主劑、固化劑的比例控制，在制作時通過稱重方式進行控制。將稱重后的材料裝入容器內，攪拌處理時間不少于2min。

第五，貼片工作開始前，應用滾筒進行表面均勻涂抹處理，涂抹材料的量應結合實際情況確定，要確保面層表面的粗糙度符合要求。對結構中出現的拱起、拐角等部位應適當增加涂抹量。當工序完成以后要來回在粘貼位置刮四次，讓樹脂能夠滲透到纖維材料中。在粘貼結束的1.5h 后需要使用滾筒進行表面樹脂材料的滾涂處理，在這一過程中要保證碳纖維材料在移動時不能使粘貼好的材料出現卷起的情況。如果碳纖維材料的鋪貼厚度超過2 層，應在補后的3天后進行鋪貼施工?，F場施工的質量對橋梁加固施工效果存在直接的影響，所以技術人員應落實技術管控措施，施工單位組建高水平的質量管理工作團隊，并在加固結束后進行現場的承載性能、安全性方面的檢測，只有如此才能保證碳纖維加固施工的效果。

2.5 后期養護

首先，碳纖維材料粘貼工作結束后，一般需要經過5 天時間的養護。通過既定時間養護可以基本上達到初步固化的條件要求，同時遇到極端天氣時應采用塑料薄膜進行覆蓋處理，從而減少雨水給材料造成影響。

其次，樹脂固化的環節。因為材料對溫度非常敏感，所以應結合現場環境溫度的變化情況，在養護的過程中選擇最佳的處理方法。

如果環境溫度在5C 以下，可以更換為其他的材料進行施工，即應用低溫固化樹脂材料。

在養護的過程中需要保證碳纖維材料的養護溫度滿足既定要求。一般來說，必須確?，F場環境溫度在5C 以上，否則容易導致質量問題的發生。

再次，養護施工中應落實溫度檢測與控制工作。當環境溫度不足10C 時養護時間應為2 周；若環境溫度為10～20C 養護時間為1～2 周；當環境溫度在20C 以上時，養護1 周即可達到要求。

最后，碳纖維材料經過全面性的固化處理后，應做好現場的全面檢查，如果存在空鼓或者氣泡的問題需要使用刀片在小范圍進行劃開，并制作黏結膠材料，通過注射器注射到規定部位上。通過材料的合理應用將空氣或者氣泡位置填充，形成密實度條件。同時，應保證黏結的面積不少于95%。

2.6 表面的修飾

橋梁工程進行碳纖維加固處理后，對于已經成型并且達到質量要求的碳纖維材料應保護涂裝的結構，確保涂料的性能處于合理的范圍內。工作人員需要秉承精細化管理的理念，落實表面的銹蝕處理工作，將裂縫病害問題技術修復處理，保證施工表面達到完整性、穩定性標準。

3 注意事項

其一，碳纖維涂裝作業之前，落實現場基層雜物的清理工作。在裂縫等病害問題全部處理后，應進行必要的干燥處理，一般來說為2h。同時，在施工環節需要嚴格地對現場進行安全管理控制，要求施工人員按照規范標準開展工序，減少違規操作。

其二，需要做好施工組織工作，對于施工材料、施工設備均需要明確，同時要加強加固效果分析，對于加固部位要采取格擋板進行保護，避免人為因素造成的破壞。

其三，根據設計方案和技術標準展開驗收工作，黏結密實的面積應超過95%。

其四，碳纖維加固施工中，針對搭接的距離按照既定的標準，可以分為豎向搭接100mm、環向搭接量為200mm，同時也可以結合現場的情況適當增加。

其五，加強溫度的分析與控制。若現場環境溫度不足5C，應及時采取措施進行改進處理。此外，碳纖維材料的制作、施工以及使用的各個階段應遠離火源，盡量不要受太陽直射。

4 結語

綜上分析，由于受到材料性能、技術工藝等因素制約，橋梁加固效果會出現一定的問題。同時，隨著流量的不斷增加，在各種荷載因素影響下危橋、舊橋的比例也在不斷的增大。在橋梁加固工程中，通過運用碳纖維材料，能有效提高橋梁承載能力，并有效保障橋梁使用周期，該技術值得廣泛推廣。